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5e ANNÉE | STRUCTURES ET MÉCANISMES L’EFFET DES FORCES
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SURVOL En abordant l’effet des forces, on veut amener les élèves à examiner et à décrire différentes forces (naturelles et humaines) agissant sur les structures et les mécanismes et à l’intérieur de ceux-ci. C’est en mesurant et en comparant les différentes forces exercées sur des structures et des mécanismes et en déterminant leurs effets sur différents matériaux qu’ils approfondiront leur compréhension du concept de force. De plus, ils auront l’occasion d’appliquer leurs nouvelles connaissances en concevant et en fabriquant des structures ou des mécanismes. En examinant l’effet de différentes forces sur la société et sur l’environnement, les élèves développeront un respect des forces résultant de phénomènes naturels et seront plus en mesure d’apprécier leurs effets dévastateurs et de trouver des stratégies pour se protéger lors d’un événement impliquant ces forces. Il est essentiel que les élèves reconnaissent et réalisent l’importance de pratiques sécuritaires pour leur propre bien-être et pour celui des autres. Par exemple, ils doivent comprendre l’importance de se protéger le visage et les yeux lorsqu’ils testent des structures jusqu’au point de rupture et doivent savoir pourquoi un pistolet à colle doit être utilisé dans un endroit bien aéré.
Sujet à l’étude L’effet des forces
Concepts fondamentaux
Idées maîtresses
Structure et fonction
A. Des forces externes et internes agissent sur les structures et les mécanismes.
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B. Les forces agissant sur un mécanisme ou sur
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une structure sont mesurables.
C. Les forces résultant de phénomènes naturels ont un impact sur la société et sur l’environnement.
ATTENTES À la fin de la 5e année, l’élève doit pouvoir : démontrer sa compréhension de différentes forces agissant sur et à l’intérieur des structures et des mécanismes et en décrire les effets. (Idée maîtresse A) explorer les forces agissant sur les structures et les mécanismes. (Idée maîtresse B) analyser les répercussions des forces sur la société et l’environnement. (Idée maîtresse C)
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CONTENUS D’APPRENTISSAGE Pour satisfaire aux attentes, l’élève doit pouvoir :
Compréhension des concepts
identifier des forces externes agissant sur des structures (p. ex., poids d’une personne sur un divan; poids de la neige sur le toit d’une maison; vent soufflant sur une tente; force exercée par le vent durant une tornade ou un ouragan) et décrire leur effet. décrire les avantages et les inconvénients de différents types de systèmes mécaniques (p. ex., un palan comportant un système à poulies avec quatre cordes diminue la force appliquée, mais il faut tirer la corde sur une distance quatre fois plus grande pour soulever la charge). décrire la force de torsion (couple) de différents ensembles d’engrenages (p. ex., la force de torsion dans un engrenage supérieur et dans un engrenage inférieur). décrire les forces résultant des phénomènes naturels qui peuvent avoir de graves conséquences sur des structures dans l’environnement (p. ex., une maison perd son toit à cause du vent; un pont s’effondre sous le poids d’un train; un arbre est déraciné par une tornade) et identifier des caractéristiques structurelles qui peuvent atténuer les effets de ces forces (p. ex., appui transversal pour le toit; poutre en acier pour le pont; racines pour l’arbre). décrire la façon dont l’équipement sportif est conçu pour nous protéger contre différentes forces (p. ex., le casque protecteur réduit l’impact direct au crâne en absorbant une grande partie de la force appliquée et en la répartissant sur une surface élargie; les genouillères préviennent l’impact direct aux genoux et répartissent la force appliquée sur une surface élargie).
suivre les consignes de sécurité et utiliser de manière appropriée et sécuritaire les outils, l’équipement et les matériaux qui sont mis à sa disposition (p. ex., couper, joindre et travailler des matériaux de façon sécuritaire; porter des lunettes de protection lors de tests sur le point de rupture des structures).
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identifier et décrire les forces internes (compression, tension) agissant sur une structure.
Acquisition d’habiletés en recherche scientifique, en conception et en communication
mesurer et comparer quantitativement ou qualitativement la force nécessaire pour déplacer une charge (p. ex., soulever un livre, ouvrir un tiroir) en utilisant un système mécanique (p. ex., poulies, leviers, engrenages) et décrire la relation entre la force appliquée et la distance sur laquelle la force est appliquée. utiliser la démarche de recherche pour explorer comment les forces résultant de phénomènes naturels influent sur le choix des matériaux et des techniques de construction de différentes structures. Questions pour alimenter la discussion : Quels matériaux utilise-t-on pour construire des structures dans des zones à incidence élevée de secousses sismiques et de tornades? Quelles techniques de construction utiliset-on pour résister aux forces externes dans ces régions? utiliser le processus de résolution de problèmes technologiques pour concevoir, construire et tester une structure à ossature pouvant résister à des forces externes (p. ex., un pont ou une tour face à des vents violents ou à des vibrations provenant du passage d’un train) ou un système mécanique ayant une fonction spécifique (p. ex., grue).
STRUCTURES ET MÉCANISMES
Questions pour alimenter la discussion : Quelle stratégie utiliseras-tu pour t’assurer que ta structure résistera à la force externe? Quelles parties de ta structure seront soumises à des forces de compression? de tension? Comment mettras-tu à l’essai ta structure ou ton mécanisme? Quelles sont les mesures de sécurité à prendre pour construire et tester ta structure ou ton mécanisme? Comment
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sauras-tu que ton mécanisme ou ta structure remplit sa fonction? Quels changements pourrais-tu suggérer pour améliorer ta structure? utiliser les termes justes pour décrire ses activités de recherche, d’expérimentation, d’exploration et d’observation (p. ex., système, tension, compression, torsion, force interne, force externe, charge). communiquer oralement et par écrit en se servant d’aides visuelles dans le but d’expliquer les méthodes utilisées et les résultats obtenus lors de ses recherches, ses expérimentations, ses explorations ou ses observations (p. ex., produire un dépliant comportant des schémas explicatifs du fonctionnement de son prototype).
Rapprochement entre les sciences, la technologie, la société et l’environnement
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évaluer les répercussions des forces résultant de phénomènes naturels sur l’environnement naturel et l’environnement bâti.
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Piste de réflexion : En janvier 1998, une tempête de verglas qui a duré cinq jours dans l’est du Canada a coûté la vie à au moins 25 personnes, a privé d’électricité environ 900 000 foyers au Québec et 100 000 en Ontario et a forcé des milliers de résidents à quitter leur domicile. Le poids de la glace a détruit environ 30 000 poteaux de bois, des millions d’arbres, des milliers de kilomètres de lignes électriques et de câbles téléphoniques ainsi que des centaines de pylônes électriques. examiner un phénomène naturel (p. ex., tempête de verglas, tornade, pluies torrentielles) et évaluer les mesures de sécurité mises en place pour en minimiser les effets. Questions pour alimenter la discussion : Les gouvernements provinciaux et fédéral ont des sites Web pour renseigner la population des différentes régions du Canada sur les mesures à prendre pour mieux faire face aux situations d’urgence et aux catastrophes naturelles. Quels renseignements utiles les sites fournissent-ils? Quels sont les dangers naturels possibles dans ta région? Pourquoi recommande-t-on la préparation d’une trousse d’urgence?
